制药设备与工程设计-清洁生产与末端治理

清洁生产与末端治理第十章内容：25.1制药工业的清洁生产25.2清洁生产的实施25.3末端治理技术25.4噪声控制技术制药工业的清洁生产第一节（1）制药工业污染的特点数量少、品种繁多、更新速度快、涉及的化学反应复杂。间歇排放。PH不稳定。化学需氧量高。一、制药工业污染的特点和现状（2）我国制药工业污染的现状清洁生产是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等从源头消减的措施，以提高资源利用效率，减少或者避免生产、产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。二、清洁生产的定义清洁生产技术的特点：原料转化率高及废物产生量小。工艺流程或生产周期短。生产装置规模大。自动化程度高。化学反应速度快。能量消耗少。清洁生产－－全社会对于工业产品生产及使用全过程对环境的影响。三、清洁生产与末端治理的比较末端治理－－环保研究侧重末端治理的主要问题：污染控制与生产过程控制没有密切结合起来，资源和能源不能在生产过程中得到充分利用。污染物产生后再进行处理，处理设施基建投资大，运行费用高。现有的污染治理技术还有局限性，使得排放的“三废”在处理、处置过程中对环境还有一定的风险性。清洁生产的实施第二节一、相关规定《中华人民共和国清洁生产促进法》中规定如下内容：新建、改建和扩建项目应当进行环境影响评价，对原料使用、资源消耗、资源综合利用以及污染物产生与处置等进行分析论证，优先采用资源利用率高以及污染物产生量少的清洁生产技术、工艺和设备。企业在进行技术改造过程中，应当采取以下清洁生产措施：采用无毒、无害或者低毒、低害的原料，替代毒性大、危害严重的原料；采用资源利用率高、污染物产生量少的工艺和设备，替代资源利用率低、污染物产生量多的工艺和设备；对生产过程中产生的废物、废水和余热等进行综合利用或者循环使用；采用能够达到国家或者地方规定的污染物排放标准和污染物排放总量控制指标的污染防治技术。产品和包装物的设计，应当考虑其在生命周期中对人类健康和环境的影响，优先选择无毒、无害、易于降解或者便于回收利用的方案。企业应当对产品进行合理包装，减少包装材料的过度使用和包装性废物的产生。建筑工程应当采用节能、节水等有利于环境与资源保护的建筑设计方案、建筑和装修材料、建筑构配件及设备。建筑和装修材料必须符合国家标准。企业应当在经济技术可行的条件下对生产和服务过程中产生的废物、余热等自行回收利用或者转让给有条件的其他企业和个人利用。企业应当对生产和服务过程中的资源消耗以及废物的产生情况进行监测，并根据需要对生产和服务实施清洁生产审核。二、具体措施1、强化内部管理加强内部管理改进生产工艺废物回收利用替换原材料（1）物料装卸、贮存与库存管理检查评估原料、中间体和产品及废物的贮存和转运设施，采用适当程序可以避免化学品的泄漏、大灾、爆炸和废物的生产。（2）改进操作方式，合理安排操作次序（3）改进设备设计和维护，预防泄漏的发生（4）废物分流（5）提高员工素质与建立激励机制等人事管理措施制定废物减量计划、职工培训计划、实行奖励制度鼓励职工减少废物量的积极性和主动性、财务管理策略。2、工艺技术改革－－预防废物产生的最有效方法之一。工艺技术改革主要采取如下4种方式：生产工艺改革工艺设备改进工艺控制过程的优化采用自动控制系统监测调节工作操作参数，维持最佳反应条件生产工艺改革布洛芬是一种非甾体消炎镇痛药，其消炎、镇痛及解热作用比阿司匹林大16～32倍，因此常用作消肿和消炎。例如布洛芬原来生产工艺采用Boot公司Brown合成方法，从原料到产品需要如下六步反应。BHC公司发明了生产布洛芬的新方法，该法仅需三步就得到产品。新方法生产布洛芬，废物量可减少37％。工艺设备改进甲苯磺化反应中，用连续式自动脱水器代替人工操作的间歇式脱水器，可显著提高甲苯的转化率，减少污染物的数量。例如用水吸收含HCl的废气可以获得一定浓度的盐酸，但水吸收塔的排出尾气中常含有一定量的HCl气体，直接排放将对环境造成污染。在水吸收塔后再增加一个碱液吸收塔，可使尾气中的HCl含量降至4mg.m-3以下，低于国家排放标准。化学反应的许多工艺参数，如原料纯度、投料比、反应时间、反应温度、反应压力、溶剂、PH等，不仅会影响产品的收率，而且也会影响污染物的种类和数量。对化学反应的工艺参数进行优化，获得最佳工艺条件，是减少或消除污染的一个重要手段。工艺控制过程的优化例：乙酰苯胺硝化反应，原工艺将乙酰苯胺溶于硫酸中，再加混酸进行硝化反应，之后研究发现，乙酰苯胺硫酸溶液中的硫酸浓度已足够高，混酸中的硫酸可以省去。这样节约了大量的硫酸，而且大大减轻了污染物处理负担。3、原料的改变4、产品的改变产品性能改善产品配方改变5、废物的厂内再生利用技术废物的利用与重复利用、再生回收苯乙酸是合成青霉素等药物的重要中间体。目前工业上仍以苯乙腈水解来制备，而苯乙腈又是苄氯和氢氰酸反应来合成。现在通过苄氯羰化合成苯乙酸已经获得成功。这个合成过程避免了使用剧毒的氰化物，减少了对环境的危害。三、中草药制药的清洁生产例：银杏有效成分提取工艺溶剂提取法超临界提取法以60％的丙酮作为提取剂特点：提取时间长，多次洗涤、过滤和萃取，工艺路线长；消耗大量溶剂，劳动强度大，生产成本高；收率低，工艺过程参数控制较难，产品质量较差；生产过程产生大量的废渣和废液，对环境污染大；产品中含有重金属和有机溶剂的残余，会给用药人带来毒副作用。特点：超临界萃取的萃取率达到3.4％，比溶剂法高2倍，大大提高了收率；工艺流程短，萃取分离一次完成，萃取操作时间约2h，比溶剂法（24h）缩短11倍，提高了效率；银杏有效成分质量高于国际公认标准；采用二氧化碳为萃取介质，萃取操作在35～40℃之间，保持了银杏有成分的天然品质；没有重金属和有毒溶剂的残留。CO2，35～40℃

，10MPa末端治理技术第三节一、废水处理技术在药厂产生的污染物中，以废水的数量最大、种类最多、危害最严重，对生产可持续发展的影响也最大，它是制药企业污染无害化处理的重点和难点。（1）废水的污染控制指标PH、悬浮物、生化需氧量、化学需氧量等。PH：反映废水酸碱强弱的重要指标。悬浮物：废水中呈悬浮状态的固体，是反映水中固体物质含量的一个常用指标，可用过滤法测定，单位mg.L-1。生化需氧量（BOD）：是指在一定的条件下，微生物氧化分解水中的有机物时所需的溶解氧的量，单位mg/L。化学需氧量（COD）：是指在一定条件下，用强氧化剂氧化废水中的有机物所需的氧的量，单位mg/L。COD－BOD＝没有被微生物分解的有机物含量（2）废水处理方法清污分流废水处理级数按处理程度分一级、二级、三级废水一级处理－－采用物理方法或简单的化学方法除去水中的漂浮物和部分处于悬浮状态的污染物，以调节废水的PH等。废水二级处理－－主要指生物处理法。废水三级处理－－是一种净化要求较高的处理，目的是除去二级处理中未能除去的污染物，包括不能被微生物分解的有机物，可导致水体富营养化的可溶性无机物（如氮、磷等）以及各种病毒等。方法：过滤、活性炭吸附、臭氧氧化、离子交换、电渗析、反渗透以及生物法脱氮除磷等。废水处理的基本方法物理法化学法物理化学法沉降、气浮、过滤、离心等中和、凝聚、氧化、还原等生物法吸附法、离子交换和膜分离等（3）生物法处理废水技术好氧生物处理厌氧生物处理基本原理好氧生物处理是在有氧的条件下，利用好氧微生物的作用将废水中的有机物分解为CO2和H2O，并释放出能量的代谢过程。应用广泛活性污泥法好氧生物处理法生物转盘生物滤池法缺点：对于高浓度的有机废水，要供给好氧生物所需的氧气（空气）比较困难，需要大量的水对废水进行稀释。厌氧生物处理是在无氧条件下，利用厌氧微生物，主要是厌氧菌的作用，来处理废水中的有机物。厌氧生物处理中的受氢体不是游离氧，而是有机物或含氧化合物，如SO42-、NO3-、CO2等。因此，最终的代谢产物不是简单的CO2和H2O，而是一些低分子有机物、CH4、H2S等。依靠三大类细菌水解产酸细菌产氢产乙酸细菌产甲烷细菌厌氧生物过程水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段生物处理对水质要求：温度：影响微生物生长繁殖的一个重要的外界因素。好氧生物处理：20～40℃厌氧生物处理：与各种产甲烷菌的适宜温度条件有关，适宜的水温分别为10～30℃、35～38℃和50～55℃。PH：微生物的生长繁殖都有一定的PH条件。营养物质：微生物的生长繁殖需要多种营养物质，如碳源、氮源、无机盐及少量的维生素等。有毒物质：废水中凡对微生物的生长繁殖有抑制作用或杀害作用的化学物质均为有毒物质。好氧生物处理，废水的PH控制在6～9。厌氧生物处理，废水的PH控制在6.5～7.5。溶解氧：好氧微生物处理需要在有氧的条件下进行，溶解氧不足将导致处理效果明显下降，因此，一般需从外界补充氧气（空气）。实践表明，水中的溶解氧宜保持在2～4mg.L-1左右。有机物浓度：在好氧微生物处理中，废水的有机物浓度不能太高，否则会增加生物反应所需的氧量，容易造成缺氧，影响微生物处理效果。而厌氧微生物处理是在无氧的条件下进行的，因此能处理较高浓度的有机废水。好氧生物处理法活性污泥法

是由好氧微生物（包括细菌、微型动物和其他微生物）及其代谢的和吸附的有机物和无机物组成的生物絮凝体，具有很强的吸附和分解有机物的能力。常用曝气方式普通曝气法逐渐曝气法完全混合曝气法纯氧曝气法深井曝气法普通曝气法生物膜法

依靠生物膜吸附和氧化废水中的有机物并同废水进行物质交换，从而使废水得到净化的另一种好氧生物处理法。生物滤池法生物转盘法生物接触氧化法流化床生物膜法净化原理生物膜是由废水中的胶体、细小悬浮物、溶质物质和大量的微生物所组成，这些微生物包括大量的细菌、真菌、藻类和微型动物。微生物群体所形成的一层粘膜状物质即生物膜。厚度一般1～3mm。分类随着净化过程的进行，生物膜经历着一个由初生、生长、成熟到老化剥落的过程。厌氧生物处理法传统厌氧消化池厌氧接触池二、废气处理技术（1）含尘废气处理技术（2）含无机物废气处理技术（3）含有机物废气处理技术机械除尘洗涤除尘过滤除尘吸收法吸附法催化法燃烧法吸收法吸附法冷凝法燃烧法生物法（1）含尘废气处理技术机械除尘洗涤除尘过滤除尘机械除尘洗涤除尘过滤除尘（2）含无机物废气处理技术吸收法吸附法催化法燃烧法（3）含有机物废气处理技术吸收法吸附法冷凝法燃烧法生物法冷凝法燃烧法生物法三、废渣处理技术（1）回收和综合利用（2）废渣处理技术化学法焚烧法热解法填埋法噪声控制技术第四节一、吸声二、隔声吸声是将多孔性吸声材料（或结构）衬贴或悬挂在厂房内，当声波射至吸声材料的表面时，可顺利进入其孔隙，使孔隙中的空气和材料细纤维产生振动，由于摩擦和黏性阻力，声能转化为热能而被消耗掉，从而使厂房内的噪声降低。常用的吸声材料有玻璃棉、矿渣棉、甘蔗板